元素电势图及其应用
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第 7 讲 电化学基础知行合一、经世致用7.7 元素电势图及其应用,实用化学电源7.7 Element potential diagram and its application,Practical chemical power supply本次课主要内容:元素电势图及其应用实用化学电源元素电势图:把同一元素的不同氧化态物质,按照其氧化数由高到低的顺序从左至右排列成图,并在两种氧化态之间的连线上标出 25℃时相应电对的标准电极电势值而得到的图。
-有注明了E A Ө 、E B Ө 的酸性介质和碱性介质中的元素电势图之分。
-如 Cu 在酸性介质中的元素电势图:Cu 2+ Cu + Cu0.16070.5180E A Ө / V 0.3394-主要用于求未知电对的标准电极电势和判断歧化反应能否发生元素电势图的应用1. 求未知电对的标准电极电势z 1z 2z 3A B z x E xE 1C E 2DE 3图中,z 为任意一电对不同氧化态之间元素氧化数的差值。
(1)A + z1e-⇌ B E1Ө ∆r G m1Ө = –z1FE1Ө(2)B + z1e-⇌ C E2Ө ∆r G m2Ө = –z2FE2Ө(3)C + z3e-⇌ D E3Ө ∆r G m3Ө = –z3FE3Ө +)(4)A + z x e-⇌ D E xӨ ∆r G m xӨ = –z x FE xӨ根据盖斯定律,由于电极反应(4)=(1)+(2)+(3) 则: ∆r G m xӨ = ∆r G m1Ө + ∆r G m2Ө + ∆r G m3Ө且:z x = z1 + z2 + z3再根据: r G mӨ = – z FEӨ则有: -z x FE xӨ = - z1FE1Ө - z2FE2Ө - z3FE3Өz x E xӨ = z1E1Ө + z2E2Ө + z3E3Ө故:E xӨ =z1E1Ө + z2E2Ө + z3E3Өz x已知 25 ℃ 时,在酸性溶液中 E 1Ө(Cu 2+/Cu +) = 0.1607V , E 2Ө(Cu 2+/Cu) = 0.3394 V ,试求 E x Ө(Cu +/Cu)。
元素电势图及其应用一、能斯特方程:对于任何电对[Ox]/[Red],其电极反应:氧化型 (Ox)+e-=还原型(Red)值越大,表明[Ox]型氧化能力越强,[Red]型还原能力越弱。
二、元素电势图:一种元素的不同氧化数物种按照其氧化数由高到低从左到右的顺序排成一行,并在两种氧化数物种之间标出相应的标准电极电势值。
这种表示一种元素各种氧化数之间标准电极电势的图式称为元素电势图,又称拉蒂默图。
元素电势图应用:1、判断元素各种氧化数的相对稳定性(判断是否能发生岐化)对某一元素,其不同氧化数的稳定性主要取决于相邻电对的标准电极电势值。
若相邻电对的φθ值符合φθ右>φθ左,则处于中间的个体必定是不稳定态,可发生歧化反应,其产物是两相邻的物质。
如比较:φ左=φ[Cu2+/Cu+]=0.153Vφ右=[Cu+/Cu]=0.521Vφ左<φ右,则电池的电动势为E=φ+-φ-=φ右-φ左,则E>0,表示电池反应可自发进行,即中间物种可发生歧化反应。
正极电对:Cu+/Cu负极电对:Cu2+/Cu+表明[Cu+]氧化能力强,[Cu+]还原能力强,Cu+可发生歧化反应生成Cu2+和Cu。
若相反,φ左>φ右,则两边的不稳定,可发生逆歧化反应,两头的是反应物,产物是中间部分。
如可以得出结论,在水溶液中Fe3+和Fe可发生反应生成Fe2+。
2、求未知电对的电极电势利用Gibbs函数变化的加合性,可以从几个相邻电对的已知电极电势求算任一未知的电对的电极电势。
已知φ1θ和φ2θ,求φ3θ。
因为Δr G1θ=-n1Fφ1θΔr G2θ=-n2Fφ2θΔr G3θ=-n3Fφ3θ由盖斯定律得,Δr G3θ=Δr G1θ+Δr G2θ其中n3=n1+n2由铁的电势图:由于φaθ(O2/H2O)=1.229V >φaθ(Fe3+/Fe2+)=0.771Vφbθ(O2/OH-)=0.40V>φbθ[Fe(OH)3/Fe(OH)2]=-0.56V因此,Fe(II)能被空气中的氧氧化为Fe(III)是难免的,所以在实验室保存Fe2+溶液往往是在强酸性下加入铁屑或铁钉。
1.6 歧化反应与元素电势图浏览字体设置:10pt 12pt 14pt 16pt放入我的网络收藏夹1.6 歧化反应与元素电势图1.6.1 歧化反应的定义歧即岔道。
歧化作用(disproportionation)。
歧化反应是氧化还原反应的一种特例。
在该反应中,氧化作用和还原作用是发生在同一分子内部处于同一种氧化态的元素上,也就是说该元素的原子(或离子)一部分被氧化(氧化数增高);另一部分被还原(氧化数降低)。
这种自身氧化还原反应称为歧化反应或歧化作用。
1.6.1.1 卤素单质发生歧化(碱性介质)X2+2OH-→XO-+X-+H2O (X=Cl、Br、I)倘若我们推广到第Ⅵ(16)族的硫、第Ⅴ(15)族的磷,它们在碱溶液中也易发生歧化反应。
(次磷酸根)1.6.1.2 含氧酸根歧化(碱性介质)此反应的平衡常数K是相当可观的。
对氯来说是1027,对溴来说是1016,对碘来说是1020。
再譬如下列反应:此反应尽管平衡常数值相当大,但在溶液中即可使373K时反应过程十分缓慢。
因此通常不用上述歧化反应来制备高氯酸盐。
通常用电解氧化氯酸盐来制备高氯酸,在阳极区生成高氯酸盐。
浓度约为20%。
然后用硫酸酸化,经负压蒸馏得到高氯酸。
浓度能达到80%。
1.6.1.3 含氧酸的歧化(酸性介质)3HXO→HXO3+2HX综上所述,歧化反应发生应注意三点:1.主体:可以是单质、含氧酸根、含氧酸等,但它必须具备三种氧化态。
即中间的、较高的和较低的三种氧化态。
凡处于最高氧化态或最低氧化态的物种不可能发生歧化反应;2.介质可以是酸性的,中性的或碱性的;3.歧化反应的实质是电子转移发生在同一分子内处于同一种氧化态的同种元素的原子上。
那么我们来分析一下,以下反应是否是歧化反应。
2KClO3—→2KCl+3O2↑此反应电子转移是发生在分子内部不同氧化数的异种元素的原子上,称为分子内部氧化还原反应。
此反应电子转移是发生在分子间不同氧化数的同种元素的原子上,通常称为歧化反应的逆过程。
元素电势图及应用元素电势图是一种图形表达方式,用于描述物体周围电场的强度和方向。
它可以直观地展示电场中不同位置的电势能差异,有助于我们理解电场中的电势分布以及电荷的移动情况。
元素电势图具有广泛的应用,包括电势能的计算、电场力线的绘制、电场力的分析等。
一、元素电势图的基本概念1. 电场强度:某一点电场中单位正电荷所受到的力的大小和方向。
电场强度使用向量表示,箭头的长度表示电场强度的大小,箭头的方向表示电场强度的方向。
2. 电势能:单位正电荷沿电场从某一参考点移动到该点时所作的功。
电势能可以用来表示电场中不同位置之间的势能差别。
3. 电势:某一点的电势能与单位正电荷的电势能之比。
电势是一个标量,用来表示某一点的电势能大小。
二、画电势图的方法1. 选取参考点:为了将电势能差异表示出来,需要选择一个参考点。
通常可以选择无穷远处作为参考点,此时参考点电势定义为零。
2. 确定等势线:等势线是指在电势图中处于同一电势值的点所组成的曲线。
等势线的密集程度表示电势的变化速度,密集的等势线表示电势的变化快。
3. 利用电场强度画电力线:电力线是描述电场强度大小和方向的线。
通常情况下,电力线越密集,表示电场强度越大;电力线越密集表示电场越强,电力线越稀疏表示电场越弱。
4. 标注数值:在电势图中,可以选择一些特定位置进行电位标注。
这样可以帮助我们更直观地了解电势的变化情况。
三、元素电势图的应用1. 电势能的计算:通过观察电势图的等势线,我们可以计算不同位置之间的电势差。
电势差等于电势能的变化量,通过计算电势差可以判断电势能的大小和变化情况。
2. 电场力线的绘制:电力线可以通过电势图的电场强度标注得到。
通过绘制电力线,我们可以直观地了解电场力的分布和方向。
对于研究电荷相互作用、电磁感应等问题有很大的帮助。
3. 电场力的分析:通过观察电势图,我们可以了解电场力的分布情况。
根据电场力的分布,可以得出电场力在不同位置的大小和方向。